以CQG2000为平台的区域似大地水准面精化方法研究

论文摘要

大地水准面精化是大地测量、地球物理等学科研究的重要内容,同时也是一项重要的基础测绘项目,是当今大地测量学研究的热点。利用GPS定位技术、水准测量技术以及现代地球重力场的确定理论和方法,来建立高精度、高分辨率的区域似大地水准面,具有十分重要的科学意义。本文首先系统地介绍了不同的高程系统以及相应的起算基准面;阐述了精化似大地水准面的各种常用方法;重点研究了GPS水准数据结合地球重力场模型和地形改正模型,采用移去—拟合—恢复法精化大地水准面的理论与实施步骤,并结合具体算例对其进行了精度和实用性的对比分析,得出了一些有意义的结论。其次,针对传统GPS/水准数据拟合存在的不足,提出将基于机器学习的支持向量机(SVM)引入到似大地水准面的确定中来,并对SVM学习机的相关参数及核函数的选取进行了分析与研究。最后通过实例验证了该算法的有效性。第三,CQG2000虽精度较低,但分辨率较高,且体现了我国似大地水准面变化趋势的物理性质。为此,本文借鉴移去恢复法原理,提出应用CQG2000先进行趋势面的剔除,再利用具有较高拟合精度的SVM机器学习算法对剩余不符值进行建模的思想,从而实现了区域似大地水准面的最佳逼近。并以某城市区域似大地水准面精化为例,验证了该法的可靠性与实用性。最后针对长跨度工程中,传统水准传递方法存在累积误差大、经济效率差等缺点,提出以CQG2000为平台的移去恢复法确立带状区域似大地水准面的模型思想,实现了大地高到水准高的快速、高精度转换,很好地解决了长跨度工程建设中的水准高程传递与基准统一困难等问题,具有很高的实用价值与经济效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国外（似）大地水准面的现状和发展
• 1.3 我国确立似大地水准面的进展和现状
• 1.3.1 我国新一代似大地水准面CQG2000（China Quasi-Geoid 2000）
• 1.3.2 我国局部和城市似大地水准面的精化确立概况
• 1.4 本文研究目的和主要内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 主要研究内容
• 第二章 精化区域似大地水准面的理论和方法
• 2.1 高程系统与起算基准面间的相互关系
• 2.1.1 大地水准面、正高系统和正高
• 2.1.2 似大地水准面、正常高系统和正常高
• 2.1.3 参考椭球、大地高系统与大地高
• 2.2 垂线偏差、重力异常、大地水准面与扰动位
• 2.2.1 垂线偏差
• 2.2.2 似大地水准面垂线偏差和大地水准面垂线偏差
• 2.2.3 垂线偏差、大地水准面与扰动位的相互关系
• 2.3 利用GPS水准数据精化似大地水准面的方法
• 2.3.1 函数模型法
• 2.3.2 统计模型法
• 2.3.3 综合模型法
• 2.4 重力法计算似大地水准面
• 2.4.1 似大地水准面计算的数学模型
• 2.4.2 计算步骤
• 2.5 移去恢复法计算似大地水准面
• 2.5.1 计算思路和步骤
• 2.5.2 由重力场位模型计算似大地水准面
• 2.5.3 附加地形改正影响值的似大地水准面计算方法
• 第三章 统计学习理论SVM计算方法在确立似大地水准面中的应用
• 3.1 概述
• 3.2 SVM基本原理
• 3.2.1 机器学习的基本问题
• 3.2.2 统计学习理论
• 3.2.3 SVM基本原理
• 3.3 最优化理论中的三个定理
• 3.4 支持向量机的回归学习算法
• 3.5 支持向量机确定似大地水准面理论方法
• 第四章 以CQG2000为平台的区域似大地水准面精化
• 4.1 CQG2000似大地水准面确立的概况
• 4.2 以CQG2000为平台的区域似大地水准面精化理论的实现
• 4.2.1 CQG2000似大地水准面的特点和存在的问题
• 4.2.2 以CQG2000为平台的区域似大地水准面精化理论的基本思路
• 4.3 以CQG2000为平台的移去—恢复法确立似大地水准面
• 4.4 结合SVM的移去—恢复法确立似大地水准面
• 4.4.1 理论思想和计算步骤
• 4.4.2 试验计算
• 4.5 某城市区域似大水准面精化的实现
• 4.5.1 精化模型确立的思路与实现
• 4.5.2 数据处理与数据结果分析
• 4.5.3 模型的外部检核
• 4.5.4 城市似大地水准面精化软件
• 4.5.5 区域似大地水准面精化研究结论
• 第五章 长跨度工程中的带状区域似大地水准面精化
• 5.1 长跨度工程中的似大地水准面拟合问题的提出
• 5.2 带状区域似大地水准面精化
• 5.2.1 精化的步骤
• 5.2.2 计算模型和插值方法
• 5.2.3 试验计算
• 5.3 本章小结
• 结论与建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢